JPH05326128A - 高周波インバータ - Google Patents

高周波インバータ

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JPH05326128A
JPH05326128A JP4125851A JP12585192A JPH05326128A JP H05326128 A JPH05326128 A JP H05326128A JP 4125851 A JP4125851 A JP 4125851A JP 12585192 A JP12585192 A JP 12585192A JP H05326128 A JPH05326128 A JP H05326128A
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JP
Japan
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reverse
reverse blocking
resonance
blocking switching
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Application number
JP4125851A
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English (en)
Inventor
Hideki Omori
英樹 大森
Kiyoshi Izaki
潔 井崎
Mitsuru Takechi
充 武智
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は簡単な構成で、電力と周波数を容易
に独立制御することができる高周波インバータを提供す
ることを目的としている。 【構成】 直流電源11と、この直流電源に接続した高
周波磁界を発生する共振コイル6と、この共振コイルに
接続した共振コンデンサ7と、この共振コイルと共振コ
ンデンサを駆動する逆阻止スイッチング素子9および逆
導通スイッチング素子8と、前記逆阻止スイッチング素
子と逆導通スイッチング素子を制御する制御回路10を
備え、前記直流電源の正方向出力電流が順電流となる方
向に前記逆導通スイッチング素子と前記逆阻止スイッチ
ング素子を配置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般家庭で使用される誘
導加熱調理器などに用いられる高周波インバータに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、この種の高周波インバータに対し
ては、複数口化など並列使用等による負荷対応範囲の拡
大や、ノイズの低減などが求められている。
【0003】以下、従来の誘導加熱調理器用の高周波イ
ンバータの構成について図13に基づいて説明する。1
は高周波磁界を発生して図示していない上部に載置した
鍋等の負荷を加熱する共振コイルである。2は共振コイ
ル1に並列に接続された共振コンデンサである。3は共
振コイル1と共振コンデンサ2とを作動させる逆導通ス
イッチング素子で、バイポーラトランジスタに逆並列に
接続されたダイオードで構成している。4は前記逆導通
スイッチング素子3を制御する制御回路である。5は直
流電源で、前記共振コイル1と逆導通スイッチング素子
3の直列回路に電力を供給している。
【0004】以上の構成で、制御回路4は逆導通スイッ
チング素子3を周期的に導通・遮断して、共振コイル1
に高周波電流を流し、共振コイル1より発生する高周波
磁界によって負荷を誘導加熱するものである。
【0005】図14は、この高周波インバータの逆導通
スイッチング素子3の動作波形を示している。VSW・I
SWは、それぞれ逆導通スイッチング素子3の電圧・電流
を示している。T1は逆導通スイッチング素子3が導通
している期間を示しており、これを変化させることによ
って高周波インバータの入力電力を可変制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の構成では、図14に示しているVSWのように、スイッ
チング素子責務の小さい零電圧スイッチングを行うため
に、期間t1〜t2が共振コイル1と共振コンデンサ2の
共振周期で固定されている。従って入力電力を制御する
ため導通期間T1を変化させると、発振周期T0が連動し
て変化せざるを得ないものである。この電力と動作周波
数を独立して制御できないということは、産業・民生応
用上、次のような問題となるものである。 (1)複数口の誘導加熱調理器や、大形の負荷を加熱す
るため誘導加熱装置を並列に使用する場合、隣合う加熱
コイルの誘導加熱周波数が異なると、その差の周波数が
可聴域に入って、干渉雑音として聞こえる。 (2)よく知られているように、小さい負荷や非磁性負
荷は高い周波数が、大きい負荷や磁性負荷は低い周波数
が適するなど、加熱用途や負荷に応じて最適の加熱周波
数域が存在する。前記従来の構成では、この最適周波数
域で目的の電力を得ることができない場合がある。この
場合は、負荷対応範囲を狭くするか、非効率的な加熱を
行わざるを得ないものである。 (3)動作周波数範囲が広いため、ノイズフィルタがそ
れをカバーしきれず、電源に漏れるノイズが大きくな
る。またテレビの赤外線リモコンの変調周波数など、特
定周波数で周辺機器に妨害を及ぼす場合、その周波数を
避けて使用することが困難である。
【0007】本発明はこのような従来の課題を解決する
もので、簡単な構成で、電力と周波数を容易に独立制御
することができる高周波インバータを提供することを第
一の目的としている。また前記第一の目的を達成する第
二・第三・第四・第五の手段を提供することを、第二・
第三・第四・第五の目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】第一の目的を達成するた
めの本発明の第一の手段は、直流電源と、この直流電源
に接続した高周波磁界を発生する共振コイルと、この共
振コイルに接続した共振コンデンサと、この共振コイル
と共振コンデンサを駆動する逆阻止スイッチング素子お
よび逆導通スイッチング素子と、前記逆阻止スイッチン
グ素子と逆導通スイッチング素子を制御する制御回路を
備え、前記直流電源の正方向出力電流が順電流となる方
向に前記逆導通スイッチング素子と前記逆阻止スイッチ
ング素子を配置した高周波インバータとするものであ
る。
【0009】第二の目的を達成するための本発明の第二
の手段は、直流電源と、この直流電源に接続した高周波
磁界を発生する共振コイルと、この共振コイルに接続し
た共振コンデンサと、この共振コイルと共振コンデンサ
を駆動する逆阻止スイッチング素子および逆導通スイッ
チング素子と、前記逆阻止スイッチング素子と逆導通ス
イッチング素子を制御する制御回路を備え、前記直流電
源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記逆導通ス
イッチング素子を配置し、逆電流となる方向に前記逆阻
止スイッチング素子を配置した高周波インバータとする
ものである。
【0010】また第三の目的を達成するための本発明の
第三の手段は、直流電源と、この直流電源に接続した高
周波磁界を発生する共振コイルと、この共振コイルに接
続した共振コンデンサと、この共振コイルと共振コンデ
ンサを駆動する第一の逆阻止スイッチング素子・第二の
逆阻止スイッチング素子と、前記第一・第二の逆阻止ス
イッチング素子を制御する制御回路を備え、前記直流電
源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記第一・第
二の逆阻止スイッチング素子を配置した高周波インバー
タとするものである。
【0011】第四の目的を達成するための本発明の第四
の手段は、直流電源と、この直流電源に接続した高周波
磁界を発生する共振コイルと、この共振コイルに接続し
た共振コンデンサと、この共振コイルと共振コンデンサ
を駆動する第一の逆阻止スイッチング素子・第二の逆阻
止スイッチング素子と、前記第一・第二の逆阻止スイッ
チング素子を制御する制御回路を備え、前記直流電源の
正方向出力電流が順電流となる方向に前記第一の逆素子
スイッチング素子を配置し、逆電流となる方向に前記第
二の逆阻止スイッチング素子を配置した高周波インバー
タとするものである。
【0012】さらに第五の目的を達成するための本発明
の第五の手段は、前記本発明の第一の手段・同第二の手
段・同第三の手段あるいは同第四の手段の構成に加え、
制御回路は、発振周期を設定する周波数設定回路と、パ
ワーを設定する設定回路と、装置の入力電力または出力
電力を検知する電力検知回路と、前記パワー設定回路の
出力と電力検知回路の出力とを受けて、この誤差に応じ
て発振1周期に対するスイッチング素子の導通比を前記
発振器に指令する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力
と周波数設定回路の出力に応じた発振周期の信号を発生
する発振器を有する高周波インバータとするものであ
る。
【0013】
【作用】本発明の第一の手段は、1周期中のスイッチン
グ素子の導通比を可変して、動作周期を一定にした状態
で電力を制御するものである。つまり、電力と動作周波
数を独立に制御できる高周波インバータとして作用す
る。
【0014】また本発明の第二の手段は、本発明の第一
の手段による作用に加え、逆阻止スイッチング素子に印
可される逆電圧を小さくして、逆耐圧の低い素子の使用
を可能とするもので、より安価な高周波インバータとし
て作用する。
【0015】本発明の第三の手段は、小形・高効率な高
周波インバータとして作用するものである。つまり、第
一の逆阻止スイッチング素子の電流を有効に電力として
利用し、スイッチング素子の電流を軽減してスイッチン
グ素子の損失を低減するものである。
【0016】本発明の第四の手段は、さらに安価で小形
・高効率な高周波インバータとして作用するものであ
る。つまり、第二の逆阻止スイッチング素子に印可され
る逆電圧が小さくなり、逆耐圧の低い素子を使用できる
ものである。
【0017】さらに本発明の第五の手段は、容易に目的
の周波数及び電力で動作させることができるので、最適
加熱周波数を追随しながら目的の電力で加熱するなど制
御性の良い高周波インバータとして作用するものであ
る。
【0018】
【実施例】以下本発明の第一の手段の実施例について、
図1を参照しながら説明する。6は直流電源11に接続
した高周波磁界を発生する共振コイルで、本実施例では
この上に載置している鍋を誘導加熱する。7はこの共振
コイル6に並列に接続し、共振回路を構成している共振
コンデンサである。8は共振コイル6に直列に接続した
逆導通スイッチング素子で、本実施例ではバイポーラト
ランジスタと逆並列ダイオードで構成している。9は共
振コンデンサ7に並列に接続した逆阻止スイッチング素
子で、本実施例ではバイポーラトランジスタと直列ダイ
オードで構成している。10は、逆阻止スイッチング素
子9と逆導通スイッチング素子8を制御する制御回路で
ある。制御回路10の出力VD1・VD2は、逆導通スイッ
チング素子8及び前記逆阻止スイッチング素子9のゲー
トG1・G2に接続されており、これらの導通・遮断を制
御している。本実施例では、逆導通スイッチング素子8
と逆阻止スイッチング素子9は、直流電源11の正方向
出力電流ISが、順電流ISW1・ISW2となる図のような
方向に配置している。
【0019】以下本実施例の動作について説明する。制
御回路10が逆導通スイッチング素子8と逆阻止スイッ
チング素子9を周期的に導通・遮断して、共振コイル6
に高周波の交流電流を流している。この結果、共振コイ
ル6には高周波交流磁界が発生し、この上に載置されて
いる鍋等の負荷が誘導加熱されるものである。
【0020】以下、図2を用いてその動作を説明する。
SW1・ISW1は、それぞれ逆導通スイッチング素子8の
電圧・電流を、VSW2・ISW2はそれぞれ逆阻止スイッチ
ング素子9の電圧・電流を、ILは共振コイル6の電流
を示している。またT1・T2は、それぞれ逆導通スイッ
チング素子8・逆阻止スイッチング素子9が導通してい
る期間を示している。
【0021】期間t0〜t1は、制御回路10が逆導通ス
イッチング素子8を導通制御している。このため、共振
コイル6には直流電源11の電圧VSが印可された状態
となり、IL(=ISW1)は増大する。時刻t1で、制御
回路10は逆導通スイッチング素子8を遮断する。この
ため、ILは共振コンデンサ7に流れ込みLC共振状態
となる。この共振状態となった結果、VSW1は期間t1
2のように共振の弧を描いて緩やかに上昇して一旦電
源電圧VSを通過した後、上昇・下降して再びVSに達す
る。VSW2=VS−VSW1であるから、VSW2は負の共振の
弧を描いた後時刻t2で零に達する。
【0022】制御回路10は次いで、時刻t2の前、V
SW2が負の期間中に、逆阻止スイッチング素子9を構成
するバイポーラトランジスタを導通制御する。こうする
と時刻t2で逆阻止スイッチング素子9は自然に導通
し、ISW2=−ILが流れる。この状態は、共振コイル6
を逆阻止スイッチング素子9で短絡した状態に等しいの
で、共振コイル6の電流ILはほとんど減衰せずに維持
される。
【0023】時刻t3で、制御回路10は逆阻止スイッ
チング素子9を遮断する。このため共振コイル6の電流
Lは、再び共振コンデンサ7に流れ込み、期間t3〜t
4のようにLC共振状態の緩やかな変化でVSW1が下降す
る。時刻t4でVSW1が零に達して、時刻t0の状態に戻
り発振が継続する。
【0024】以上のように本実施例の高周波インバータ
は、逆阻止スイッチング素子9の導通時間T2を変化さ
せることによって、零電圧スイッチングを維持した状態
で、逆導通スイッチング素子8の遮断期間t1〜t4を自
由に変えることができるものである。
【0025】ところで高周波インバータの電力Pは、V
Sと、ISの平均値すなわちISW1の平均値の積である。
本実施例では、1周期T0の時間を一定に維持しておい
て、T1・T2の時間を変化させている。このためISW1
の平均値が変化し、電力Pを可変制御することができる
ものである。すなわち、逆阻止スイッチング素子9の導
通比T2/T0を増大させるときは、これに応じてT0
一定になるようにT1を減小させるとISW1が小さくなる
ものである。さらに加えて、T1/T0が小さくなるので
SW1の平均値も小さくなり、電力Pが減少する。この
様子を図3に示している。 このように本実施例の高周
波インバータは、周波数を一定に維持した状態で電力を
自由に可変制御することができる。また、容易に類推で
きるように、電力を一定に維持した状態で周波数を自由
に可変制御することもできる。すなわち、周波数と電力
を独立に可変制御することができる。さらにスイッチン
グ素子の零電圧スイッチングが維持されているので責務
が小さく、発生するノイズも小さいものである。
【0026】次に本発明の第二の手段の実施例につい
て、図4を参照しながら説明する。12・13・14・
15・16・17は、共振コイル・共振コンデンサ・逆
導通スイッチング素子・逆阻止スイッチング素子・制御
回路・直流電源で前記実施例と同様のものである。本実
施例では、逆導通スイッチング素子14は直流電源17
の正方向出力電流ISが順電流ISWとなるような方向
に、逆阻止スイッチング素子15はISが逆電流となる
方向に配置している。
【0027】以下本実施例の動作について説明する。本
実施例の誘導加熱調理器用の高周波インバータも、前記
実施例と同様、逆導通スイッチング素子8と逆阻止スイ
ッチング素子9を周期的に導通・遮断して、共振コイル
6に高周波の交流電流を流し、発生する高周波交流磁界
によって、この上に載置されている鍋等の負荷を誘導加
熱するものである。
【0028】以下、図5を用いてインバータの動作を説
明する。VSW1・ISW1は、それぞれ逆導通スイッチング
素子14の電圧・電流を、VSW2・ISW2はそれぞれ逆阻
止スイッチング素子15の電圧・電流を、ILは共振コ
イル12の電流を示している。またT1・T2は、それぞ
れ逆導通スイッチング素子14・逆阻止スイッチング素
子15が導通している期間を示している。
【0029】制御回路16は期間t0〜t1で、逆導通ス
イッチング素子14を導通制御する。逆導通スイッチン
グ素子14が導通すると、共振コイル12に直流電源1
7の電圧VSが印可された状態となり、IL(=ISW1
は増大していく。次いで時刻t1で、逆導通スイッチン
グ素子14を遮断する。逆導通スイッチング素子14が
遮断されれば、ILは共振コンデンサ13に流れ込みL
C共振状態となる。このため期間t1〜t2のように、V
SW1が緩やかに上昇して電源電圧VSに到達する。またV
SW2=VS−VSW1であるから、時刻t2でVSW2は−VS
ら零に達する。このとき時刻t2の前、VSW2が負の期間
中に、逆阻止スイッチング素子15を構成するバイポー
ラトランジスタを導通させると、時刻t2で逆阻止スイ
ッチング素子15は自然に導通しISW2(=IL)が流れ
る。この状態は、共振コイル12を逆阻止スイッチング
素子15で短絡した状態と等しいため、共振コイル12
の電流ILはほとんど減衰せずに維持される。次いで時
刻t3で、逆阻止スイッチング素子15を遮断する。逆
阻止スイッチング素子15を遮断すると、共振コイル1
2の電流ILは再び前記共振コンデンサ13に流れ込ん
でLC共振状態となる。従って期間t3〜t4のように、
SW1は共振の弧を描いて上昇・下降し、時刻t4で零に
達して、時刻t0の状態に戻り発振が継続する。
【0030】以上のように本実施例の高周波インバータ
は、前記実施例と同様、逆阻止スイッチング素子15の
導通時間T2を変化させることによって、零電圧スイッ
チングを維持した状態で、逆導通スイッチング素子14
の遮断期間t1〜t4を自由に変えることができる。従っ
て、前記図3のように周期T0を一定に維持して、逆阻
止スイッチング素子15の導通比T2/T0を変化させる
ことによって電力Pを可変制御することができる。ま
た、電力を一定に維持した状態で周波数を自由に可変制
御することもできる。すなわち、周波数と電力を独立に
可変制御することができる。さらにスイッチング素子の
零電圧スイッチングが維持されているので責務が小さ
く、発生するノイズも小さい。
【0031】本実施例では特に、前記実施例に比べて、
逆阻止スイッチングの逆電圧が小さくなるものである。
すなわち、図1の構成では、図2のVSW2よりわかるよ
うに逆阻止スイッチング素子の逆電圧がLC共振電圧の
ピーク値−VSWPになっている。時刻t4で共振電圧が再
びVSに到達するためには、VSWP>VSであることが必
要である。この点、図5のVSW2に示される本実施例の
逆阻止スイッチング素子15の逆電圧−VSは、図1の
逆阻止スイッチング素子9の逆電圧より小さく、しかも
負荷や設定周波数・設定電力の影響を受けないものであ
る。従って本実施例では、逆耐圧の小さい安価な素子を
使用することができる。またIGBTなどでは逆耐圧を
有するので、図1・図4の構成のような直列ダイオード
なしで逆阻止スイッチング素子を構成することができ
る。また一般に逆耐圧を小さくすると、高速になる性質
が知られており、高速のIGBTを用いて、損失の小さ
い高周波インバータを提供することができる。
【0032】次に本発明の第三の手段の実施例について
図6を参照しながら説明する。18は共振コイル、19
は共振コンデンサである。20は第一の逆阻止スイッチ
ング素子、21は第二の逆阻止スイッチング素子で、本
実施例ではバイポーラトランジスタと直列ダイオードで
構成している。22は制御回路である。制御回路22の
出力VD1・VD2は、第一の逆阻止スイッチング素子20
及び第二の逆阻止スイッチング素子21のゲートG1
2に接続されており、これらの導通・遮断を制御して
いる。また本実施例では、直流電源23の正方向出力電
流ISが順電流IS W1・ISW2となるような方向に、第一
の逆阻止スイッチング素子20及び第二の逆阻止スイッ
チング素子21を配置している。
【0033】以下本実施例の動作について説明する。本
実施例の高周波インバータは、第一の逆阻止スイッチン
グ素子20と第二の逆阻止スイッチング素子21を周期
的に導通・遮断することによって、共振コイル18に高
周波交流電流を流し、発生する高周波交流磁界によって
共振コイル18上に載置している鍋を誘導加熱するもの
である。以下、図7を用いてその動作を説明する。V
SW1・ISW1は、それぞれ第一の逆阻止スイッチング素子
20の電圧・電流を、VSW2・ISW2はそれぞれ第二の逆
阻止スイッチング素子21の電圧・電流を、ILは共振
コイル18の電流を示している。またT1・T2は、それ
ぞれ第一の逆阻止スイッチング素子20・第二の逆阻止
スイッチング素子21が導通している期間を示してい
る。
【0034】期間t0〜t1で、制御回路22は第一の逆
阻止スイッチング素子20を導通制御している。このた
め、共振コイル18には直流電源23の電圧VSが印可
され、IL(=ISW1)は増大していく。次いで時刻t1
で、逆阻止スイッチング素子20を遮断する。逆阻止ス
イッチング素子20が遮断されると、ILは共振コンデ
ンサ19に流れ込みLC共振状態となる。従ってVSW1
は、期間t1〜t2のように共振の弧を描いて緩やかに上
昇して、一旦電源電圧VSを通過した後、上昇・下降し
て再びVSに達する。また、VSW2=VS−VSW1であるか
らVSW2は負の共振の弧を描いた後、時刻t2で零に達す
る。このとき制御回路22は、時刻t2の前、VSW2が負
の期間中に第二の逆阻止スイッチング素子21を構成す
るバイポーラトランジスタを導通制御する。こうすると
時刻t2で第二の逆阻止スイッチング素子21は自然に
導通し、ISW2(=−IL)が流れる。この状態は共振コ
イル18を、第二の逆阻止スイッチング素子21で短絡
したことと等価な状態であるため、共振コイル18に流
れる電流ILはほとんど減衰せずに維持される。次いで
制御回路22は、時刻t3で第二の逆阻止スイッチング
素子21を遮断する。第二の逆阻止スイッチング素子2
1が遮断されると、共振コイル18の電流ILは再び共
振コンデンサ19に流れ込む。こうしてVSW1は、期間
3〜t4のようにLC共振状態の緩やかな変化で下降
し、零を通過した後、共振の弧を描いて下降・上昇し
て、時刻t4で再び零に達する。こうして、時刻t0の状
態に戻り発振が継続する。
【0035】以上のように、本実施例の高周波インバー
タは前記各実施例と同様、周期T0を一定に維持して、
第二の逆阻止スイッチング素子21の導通比T2/T0
変化させ、電力Pを可変制御することができる。また電
力を一定に維持した状態で、周波数を自由に可変制御す
ることもできる。すなわち、周波数と電力を独立に可変
制御することができる。さらにスイッチング素子は、零
電圧スイッチングが維持されているので責務が小さく、
発生するノイズも小さいものである。
【0036】特に本実施例の高周波インバータは、IS
(=ISW1)が負になることがなく、スイッチング素子
の電流を電力として有効に利用することができ、スイッ
チング素子の損失を低減することができる。なんとなれ
ば、高周波インバータの電力PはVSと、ISの平均値す
なわちISW1の平均値の積であるから、本発明の第一の
手段の実施例である図1の構成のようにISW1が負にな
るとそれに応じて正方向の電流を増加しなければなら
ず、逆導通スイッチング素子8の損失はそれだけ大きく
なるからである。
【0037】次に本発明の第四の手段の実施例につい
て、図8を参照しながら説明する。24、25は共振コ
イルと共振コンデンサである。26、27は前記共振コ
イル24と共振コンデンサ25を駆動する第一の逆阻止
スイッチング素子と第二の逆阻止スイッチング素子で、
本実施例ではバイポーラトランジスタと直列ダイオード
で構成している。28は前記第一の逆阻止スイッチング
素子26・第二の逆阻止スイッチング素子27を制御す
る制御回路である。制御回路28の出力VD1・V D2は、
第一の逆阻止スイッチング素子26及び第二の逆阻止ス
イッチング素子27のゲートG1・G2に接続されてお
り、これらの導通・遮断を制御している。ここで本実施
例では、直流電源29の正方向出力電流ISが順電流I
SW1となる図のような方向に第一の逆阻止スイッチング
素子26を、またISが逆電流となる図のような方向に
第二の逆阻止スイッチング素子27を配置している。
【0038】以下本実施例の動作について図9に基づい
て説明する。VSW1・ISW1は、それぞれ第一の逆阻止ス
イッチング素子26の電圧・電流を、VSW2・ISW2は、
第二の逆阻止スイッチング素子27の電圧・電流を、I
Lは共振コイル24の電流を示している。またT1・T2
は、第一の逆阻止スイッチング素子26・第二の逆阻止
スイッチング素子27が導通している期間を示してい
る。
【0039】期間t0〜t1で、制御回路28は第一の逆
阻止スイッチング素子26を導通制御する。第一の逆阻
止スイッチング素子26が導通すれば、共振コイル24
に直流電源29の電圧VSが印可され、IL(=ISW1
は増大していく。次いで時刻t1で、第一の逆阻止スイ
ッチング素子26を遮断する。第一の逆阻止スイッチン
グ素子26が遮断されると、ILは共振コンデンサ25
に流れ込み、LC共振状態となる。従ってVSW1は、期
間t1〜t2に示しているように緩やかに上昇して、電源
電圧VSに到達する。またVSW2は、VSW2=VS−VSW1
であるから時刻t2でVSW2は−VSから零に達する。次
いで制御回路28は、時刻t2の前、VSW 2が負の期間中
に、第二の逆阻止スイッチング素子27を構成するバイ
ポーラトランジスタを導通制御する。バイポーラトラン
ジスタがこのタイミングで導通すると、時刻t2で第二
の逆阻止スイッチング素子27は自然に導通し、ISW2
(=IL)が流れる。この状態は共振コイル24を第二
の逆阻止スイッチング素子27で短絡したと等価な状態
であるので、共振コイル24の電流ILはほとんど減衰
せずに維持される。また時刻t3で制御回路28は第二
の逆阻止スイッチング素子27を遮断制御している。第
二の逆阻止スイッチング素子27が遮断されると、共振
コイル24の電流ILは、再び共振コンデンサ25に流
れ込んでLC共振状態になる。従って、VSW1は期間t3
〜t4のように共振の弧を描いて上昇・下降し、零を通
過した後、負の共振の弧を描いて時刻t4で再び零に達
して、時刻t0の状態に戻り発振が継続する。
【0040】以上のように、本実施例の高周波インバー
タは前記各実施例と同様、周期T0を一定に維持して、
第二の逆阻止スイッチング素子21の導通比T2/T0
変化させ、電力Pを可変制御することができる。また電
力を一定に維持した状態で、周波数を自由に可変制御す
ることもできる。すなわち、周波数と電力を独立に可変
制御することができる。さらにスイッチング素子は、零
電圧スイッチングが維持されているので責務が小さく、
発生するノイズも小さいものである。また、本発明の第
三の手段と同様に、IS(=ISW1)が負になることがな
いので、スイッチング素子の電流を電力として有効に利
用することができ、損失を低減することができる。
【0041】特に本実施例では、前記本発明の第三の手
段の実施例に比べて、第二の逆阻止スイッチング素子2
7の逆電圧が小さいものである。すなわち、図6で示し
た本発明の第三の手段の実施例の場合は、図7のVSW2
よりわかるように第二の逆阻止スイッチング素子21の
逆電圧がLC共振電圧のピーク値−VSWP1になってい
る。容易にわかるようにVSWP1>VSWP2であるので、図
9のVSW2に示される図8の第二の逆阻止スイッチング
素子27の逆電圧−VSWP2は、図6の第二の逆阻止スイ
ッチング素子21の逆電圧−VSWP1より小さい。従って
本実施例の構成によれば、逆耐圧の小さい安価な素子を
使用することができる。また高速のIGBTを用いて、
損失の小さい高周波インバータを提供することができ
る。
【0042】なお前記各実施例においては、加熱コイル
は直流電源の正側に接続したが、負側に接続してもよ
い。図10は本発明の第一の手段の第二の実施例で、加
熱コイルを直流電源の負側に接続している。本実施例で
は、30は加熱コイル、31は逆導通スイッチング素
子、32は逆阻止スイッチング素子、33は共振コンデ
ンサ、34は制御回路、35は直流電源である。
【0043】また前記各実施例においては、共振コンデ
ンサは共振コイルに並列に接続したが、本発明の第一の
手段・同第二の手段においては、逆導通スイッチング素
子に並列に接続してもよく、また共振コイルと逆導通ス
イッチング素子の両方に第一・第二の共振コンデンサを
それぞれ並列に接続してもよい。また本発明の第三の手
段・同第四の手段においては、第一の逆阻止スイッチン
グ素子に並列に接続してもよく、また共振コイルと逆阻
止スイッチング素子の両方に第一・第二の共振コンデン
サをそれぞれ並列に接続してもよい。
【0044】さらに前記各実施例においては、スイッチ
ング素子はnpnバイポーラトランジスタとダイオード
で構成したが、npnバイポーラトランジスタのかわり
にpnpバイポーラトランジスタ・MOSFET・IG
BT・SIT・SIサイリスタ・サイリスタなどを用い
てもよい。また逆阻止スイッチング素子を構成する直列
ダイオードを、実施例のようにコレクタに挿入するかわ
りにエミッタに挿入してもよい。さらに逆阻止スイッチ
ング素子として、逆阻止サイリスタ、逆耐圧の高いIG
BTなど、逆阻止機能のあるスイッチング素子一つで構
成してもよく、逆導通スイッチング素子として逆導通サ
イリスタ・逆導通IGBT・MOSFETなど逆導通機
能のあるスイッチング素子一つで構成してもよい。
【0045】また前記各実施例に使用している直流電源
は、交流電源を整流して形成してもよいし、各種電池を
用いてもよい。また、脈流やパルス状に直流電圧を印加
してもよいものである。
【0046】さらに前記各実施例は、誘導加熱用の高周
波インバータとして説明したが、蛍光ランプ点灯用・超
音波発生用・マグネトロン駆動電源用やスイッチング電
源用など種々の用途の高周波インバータに適用すること
ができる。
【0047】次に本発明の第五の手段の実施例につい
て、図11を参照しながら説明する。本実施例は、前記
各実施例に使用している制御回路に関するものである。
36は制御回路で、発振周期を設定する周波数設定回路
37と、パワーを設定する設定回路38と、装置の入力
電力または出力電力を検知する電力検知回路39と、前
記パワー設定回路の出力と電力検知回路の出力とを受け
て、この誤差に応じて発振1周期に対するスイッチング
素子の導通比を前記発振器に指令する誤差増幅器40
と、前記誤差増幅器40の出力と周波数設定回路37の
出力に応じた発振周期の信号を発生する発振器41を有
している。
【0048】発振器41の出力は、制御回路36の出力
D1・VD2となっている。周波数設定回路37は、この
発振器41に接続されており、その発振周期T0を指令
している。また誤差増幅器40は、パワー設定回路38
と電力検知回路39と発振器41に接続されており、パ
ワー設定回路38の指令する電力と電力検知回路39の
出力する高周波インバータの電力Pの誤差に応じて、発
振周期に対するスイッチング素子の導通比T2/T0を前
記発振器41に指令している。
【0049】以下本実施例の動作について説明する。本
実施例の制御回路36は、周波数設定回路37で設定さ
れた周波数で動作し、同時にパワー設定回路で設定され
た電力になるように、スイッチング素子の導通比T2
0を帰還制御しているものである。
【0050】図12は、本実施例の制御回路を用いた高
周波インバータの動作を説明する動作特性図である。い
ま本発明の第一の手段から同第四の手段の各実施例の高
周波インバータが、周波数1/a4、導通比T2/T0
2で動作していたとする。この場合は高周波インバー
タは、図12のBで示される動作点で動作しており、電
力Pはp1になっている。ここで、周波数を1/a3に変
化させると、動作点は図12のCに移り、電力Pは図1
2のp2に変化する。この場合本実施例の制御回路36
を用いれば、周波数設定回路37で周波数を1/a4
ら1/a3に変化させたとき、パワー設定回路で設定し
た電力p1が維持されように、T2/T0が図12のb2か
らb1まで帰還制御される。従って、周波数と電力の設
定を容易に行うことができる。
【0051】尚、電力検知回路39としては、カレント
トランスなどを用いて検出したISとVSの積を演算して
用いてもよいし、簡易的に検出したISをそのまま用い
てもよい。また、共振コイルの電流または電圧を検出し
て用いてもよいし、それらの積を演算して用いてもよ
い。
【0052】
【発明の効果】本発明の第一の手段は、直流電源と、こ
の直流電源に接続した高周波磁界を発生する共振コイル
と、この共振コイルに並列に接続した共振コンデンサ
と、この共振コンデンサに並列に接続した逆阻止スイッ
チング素子と、前記共振コイルに直列に接続した逆導通
スイッチング素子と、前記逆阻止スイッチング素子と逆
導通スイッチング素子を制御する制御回路を備え、前記
直流電源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記逆
導通スイッチング素子と前記逆阻止スイッチング素子を
配置した高周波インバータとして、簡単な構成で、電力
と周波数を容易に独立制御することができる高周波イン
バータを提供することができるものである。
【0053】本発明の第二の手段は、直流電源と、この
直流電源に接続した高周波磁界を発生する共振コイル
と、この共振コイルに並列に接続した共振コンデンサ
と、この共振コンデンサに並列に接続した逆阻止スイッ
チング素子と、前記共振コイルに直列に接続した逆導通
スイッチング素子と、前記逆阻止スイッチング素子と逆
導通スイッチング素子を制御する制御回路を備え、前記
直流電源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記逆
導通スイッチング素子を配置し、逆電流となる方向に前
記逆阻止スイッチング素子を配置した高周波インバータ
として、前記本発明の第一の手段が有している効果に加
え、逆阻止スイッチング素子に印可される逆電圧が小さ
くなるため、逆耐圧の低い素子の使用を可能とするもの
で、より安価な高周波インバータを提供できるものであ
る。
【0054】また本発明の第三の手段は、直流電源と、
この直流電源に接続した高周波磁界を発生する共振コイ
ルと、この共振コイルに並列に接続した共振コンデンサ
と、この共振コンデンサに並列に接続した第二の逆阻止
スイッチング素子と、前記共振コイルに直列に接続した
第一の逆阻止スイッチング素子と、前記第一・第二の逆
阻止スイッチング素子を制御する制御回路を備え、前記
直流電源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記第
一・第二の逆阻止スイッチング素子を配置した高周波イ
ンバータとして、本発明の第一の手段が有する効果に加
え、特に第一の逆阻止スイッチング素子の電流を有効に
電力として利用し、スイッチング素子の電流を軽減して
スイッチング素子の損失を低減する高周波インバータを
提供できるものである。また本発明の第四の手段は、直
流電源と、この直流電源に接続した高周波磁界を発生す
る共振コイルと、この共振コイルに並列に接続した共振
コンデンサと、この共振コンデンサに並列に接続した第
二の逆阻止スイッチング素子と、前記共振コイルに直列
に接続した第一の逆阻止スイッチング素子と、前記第一
・第二の逆阻止スイッチング素子を制御する制御回路を
備え、前記直流電源の正方向出力電流が順電流となる方
向に前記第一の逆素子スイッチング素子を配置し、逆電
流となる方向に前記第二の逆阻止スイッチング素子を配
置した高周波インバータとして、第二の逆阻止スイッチ
ング素子に印可される逆電圧が小さくなり、逆耐圧の低
い素子を使用できるため、さらに安価で小形・高効率な
高周波インバータを提供できるものである。
【0055】更に本発明の第五の手段は、前記本発明の
第一の手段・同第二の手段・同第三の手段または同第四
の手段の構成に加え、制御回路は、発振周期を設定する
周波数設定回路と、パワーを設定する設定回路と、装置
の入力電力または出力電力を検知する電力検知回路と、
前記パワー設定回路の出力と電力検知回路の出力とを受
けて、この誤差に応じて発振1周期に対するスイッチン
グ素子の導通比を前記発振器に指令する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力と周波数設定回路の出力に応じた
発振周期の信号を発生する発振器を有する高周波インバ
ータとして、容易に目的の周波数及び電力で動作させる
ことができるので、最適加熱周波数を保ちながら目的の
電力で加熱することができる制御性の良い高周波インバ
ータを提供することが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の手段の実施例における高周波イ
ンバータの回路図
【図2】同高周波インバータの動作を説明する波形図
【図3】同高周波インバータの動作を説明する動作特性
【図4】本発明の第二の手段の実施例における高周波イ
ンバータの回路図
【図5】同高周波インバータの動作を説明する波形図
【図6】本発明の第三の手段の実施例における高周波イ
ンバータの回路図
【図7】同高周波インバータの動作を説明する波形図
【図8】本発明の第四の手段の実施例における高周波イ
ンバータの回路図
【図9】同高周波インバータの動作を説明する波形図
【図10】本発明の第一の手段の第二の実施例における
高周波インバータの回路図
【図11】本発明の第五の手段の実施例における高周波
インバータの制御回路のブロック図
【図12】同制御回路を用いた高周波インバータの動作
を説明する動作特性図
【図13】従来の高周波インバータの回路図
【図14】同高周波インバータの動作を説明する波形図
【符号の説明】
6・12・18・24・30 共振コイル 7・13・19・25・31 共振コンデンサ 8・14・32 逆導通スイッチング素子 9・15・33 逆阻止スイッチング素子 10・16・22・28・34・36 制御回路 11・17・23・29・35 直流電源 12・18 共振コイル 13・19 共振コンデンサ 20・26 第一の逆阻止スイッチング素子 21・27 第二の逆阻止スイッチング素子 37 周波数設定回路 38 パワー設定回路 39 電力検知回路 40 誤差増幅器 41 発振器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源と、この直流電源に接続した高
    周波磁界を発生する共振コイルと、この共振コイルに接
    続した共振コンデンサと、この共振コイルと共振コンデ
    ンサを駆動する逆阻止スイッチング素子および逆導通ス
    イッチング素子と、前記逆阻止スイッチング素子と逆導
    通スイッチング素子を制御する制御回路を備え、前記直
    流電源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記逆導
    通スイッチング素子と前記逆阻止スイッチング素子を配
    置した高周波インバータ。
  2. 【請求項2】 直流電源と、この直流電源に接続した高
    周波磁界を発生する共振コイルと、この共振コイルに接
    続した共振コンデンサと、この共振コイルと共振コンデ
    ンサを駆動する逆阻止スイッチング素子および逆導通ス
    イッチング素子と、前記逆阻止スイッチング素子と逆導
    通スイッチング素子を制御する制御回路を備え、前記直
    流電源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記逆導
    通スイッチング素子を配置し、逆電流となる方向に前記
    逆阻止スイッチング素子を配置した高周波インバータ。
  3. 【請求項3】 直流電源と、この直流電源に接続した高
    周波磁界を発生する共振コイルと、この共振コイルに接
    続した共振コンデンサと、この共振コイルと共振コンデ
    ンサを駆動する第一の逆阻止スイッチング素子・第二の
    逆阻止スイッチング素子と、前記第一・第二の逆阻止ス
    イッチング素子を制御する制御回路を備え、前記直流電
    源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記第一・第
    二の逆阻止スイッチング素子を配置した高周波インバー
    タ。
  4. 【請求項4】 直流電源と、この直流電源に接続した高
    周波磁界を発生する共振コイルと、この共振コイルに接
    続した共振コンデンサと、この共振コイルと共振コンデ
    ンサを駆動する第一の逆阻止スイッチング素子・第二の
    逆阻止スイッチング素子と、前記第一・第二の逆阻止ス
    イッチング素子を制御する制御回路を備え、前記直流電
    源の正方向出力電流が順電流となる方向に前記第一の逆
    素子スイッチング素子を配置し、逆電流となる方向に前
    記第二の逆阻止スイッチング素子を配置した高周波イン
    バータ。
  5. 【請求項5】 制御回路は、発振周期を設定する周波数
    設定回路と、パワーを設定する設定回路と、装置の入力
    電力または出力電力を検知する電力検知回路と、前記パ
    ワー設定回路の出力と電力検知回路の出力とを受けて、
    この誤差に応じて発振1周期に対するスイッチング素子
    の導通比を前記発振器に指令する誤差増幅器と、前記誤
    差増幅器の出力と周波数設定回路の出力に応じた発振周
    期の信号を発生する発振器を有する請求項1、請求項
    2、請求項3または請求項4記載の高周波インバータ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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